故事發生在第二次世界大戰期間，盟軍反情報特工馬克斯（布拉德·皮特 Brad Pitt 飾）和法國間諜臥底瑪麗安（瑪麗昂·歌迪亞 Marion Cotillard 飾）在軍事戰略要地卡桑布蘭卡相遇，爲了完成刺殺德國大使的共同願景，兩人不得不假扮夫妻。
剛開始，個性大相逕庭的馬克思和瑪麗安之間屢屢產生誤會和矛盾，但隨著時間的推移，當他們經歷了一些生死存亡的危急時刻並且互相救助之後，兩人間的假戲慢慢變成了真做，他們相愛了。最終，任務順利完成，有情人終成眷屬，他們結了婚，還有了愛情的結晶。本以爲日子就將長此以往的這樣進行下去的馬克斯，在一次偶然中開始懷疑自己的妻子的真實身份是一名納粹間諜。